前のページ 1/2 次のページ

| Section2 =

| Section4 =

| Section7 =

-->

オゾン (ozone) は、3つの酸素原子からなる酸素の同素体である。分子式は O₃ で、折れ線型の構造を持つ。腐食性が高く、生臭く特徴的な刺激臭を持つ有毒物質である。大気中にもごく低い濃度で存在している。

◆ 性質

常温常圧では薄青色の気体である。-111.9 ℃ (161.25 K) で紺色の液体となり(沸点)、-197.2 ℃ (75.95 K) で濃紫色の固体となる(凝固点)。中心の酸素原子と両端の酸素原子の結合は2本とも等価であり、オゾン分子は O=O⁺-O^- と O^--O⁺=O の2つの極限構造から成る共鳴混成体であると考えられる。

オゾンはフッ素に次ぐ強い酸化力を持つため、高濃度では猛毒である。吸い込むと内臓が酸化され糜爛(びらん)状になる。

◆ 発見

オゾンは、ドイツ・スイスの化学者であるクリスチアン・シェーンバインによって1840年に発見された。彼は雷雨の中でオゾンが現れることに注目し、そしてその奇妙なにおいからギリシア語で臭いを意味する Ozo, Ozein から Ozon と名付けた。

◆ 発生

一般に空気に紫外線を照射したり、酸素中で無声放電を行うなど、高いエネルギーを持つ電子と酸素分子の衝突によって発生する。オゾンの発生は主に以下の化学式で表せる。

:$\backslash rm\; \backslash ,\; 3O\_2\; \backslash longrightarrow\; 2O\_3$

またオゾンは不安定な分子であるため、放置しておくと以下の化学式で酸素に変化する。

:$\backslash rm\; \backslash ,\; 2O\_3\; \backslash longrightarrow\; 3O\_2$

この反応は温度や圧力が上昇するほど速くなる。

いくつかの電気機器は人間が臭いを感じる程度のオゾンを発生させる。特にブラウン管テレビやコピー機など高電圧を用いる装置で起こる。ブラシによって整流する電気モーターは機器内で繰り返される火花によってオゾンを発生させる。エレベーターやポンプなどに使われる大型モータは小さいモータよりもオゾン発生量が多い。なお、これは整流子電動機特有の現象で、整流子のない誘導電動機・同期電動機ではオゾンは発生しない。

◇ オゾンの生産

工業的にオゾンを用いる場合、一般に水銀灯による短い波長の紫外線照射や高電圧による低温放電によって生産される。低温放電装置は二枚の電極板によって構成され、電極表面に高い誘電率をもつホウケイ酸ガラス(パイレックスガラス)や雲母のような絶縁体で覆う。交流高電圧を電極にかけると無声放電が起こり、平板間に流した酸素分子が解離し、他の酸素分子と再結合することによってオゾンが発生する。また、陰極に黒鉛電極、陽極に白金電極を用い、希硫酸を電気分解することによって陽極からオゾンが酸素との混合気体として生成される。同様に、固体高分子電解質膜を白金を用いた陰極と、二酸化鉛を用いた陽極で挟み、水を電気分解することでも陽極からオゾンが酸素との混合気体として生成される。

◆ オゾンによる酸化反応

オゾンが水に対して酸化剤として働くときの半反応式は次のように表される。

:$\backslash rm\; \backslash ,\; O\_3\; +\; H\_2O\; +\; 2\; \backslash mathrm^-\; \backslash longrightarrow\; O\_2\; +\; 2\; \backslash mathrm^-$

酸性溶液中では溶液内の水素イオンが直接反応し、生成した水酸化物イオンが溶液内の水素イオンと反応して水ができる。半反応式は次のようになる。

:$\backslash rm\; \backslash ,\; O\_3\; +\; 2\; \backslash mathrm^+\; +\; 2\; \backslash mathrm^-\; \backslash longrightarrow\; O\_2\; +\; H\_2O$

◇ オゾン酸化

オゾンを用いた有機合成反応の例としてオゾン酸化が挙げられる。アルケンをオゾンで酸化すると -C-O-O-C-O- という並びの5員環構造を持つオゾニドが生じ、還元的な後処理をすることによりケトンまたはアルデヒドが得られる。一方、酸化的な後処理をするとケトンまたはカルボン酸が得られる。

有機高分子をオゾンにさらすと劣化が起こり、ときに亀裂が生じる。この現象をオゾンクラッキングと呼ぶ。

◆ オゾン層

大気の中で成層圏に存在するものはオゾン層と呼ばれ、生命にとって有害な紫外線が地上に降り注ぐ量を和らげている。しかし、地上付近に存在するオゾンは、光化学スモッグの際に生成し大気汚染物質でもある。成層圏中のオゾン量はドブソン単位で表される。工業で用いられる場合、ppmや容量パーセント濃度または重量パーセント濃度で表される。

◆ 利用法

前のページ 1/2 次のページ

・オゾン page1

・オゾン page2